全球以計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)為主導方向的制造業(yè)已經進入了集成化、網絡化、智能化的時代，作為制造大國，中國提升制造業(yè)技術水平和競爭能力的關鍵是新技術、新工藝的推廣和應用。特別是，先進制造技術是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收機械、信息、材料的現代管理技術等方面的最新成果，并將其綜合應用于產品開發(fā)與設計、制造、檢測、管理及售后服務的制造全過程。

　　目前，全球以計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)為主導方向的制造業(yè)已經進入了集成化、網絡化、智能化的時代，作為制造大國，中國提升制造業(yè)技術水平和競爭能力的關鍵是新技術、新工藝的推廣和應用。特別是，先進制造技術是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收機械、信息、材料的現代管理技術等方面的最新成果，并將其綜合應用于產品開發(fā)與設計、制造、檢測、管理及售后服務的制造全過程。

　　在此，選取了5項先進制造領域涉及面廣、應用研究十分活躍的關鍵技術——柔性制造、虛擬制造、敏捷制造、工業(yè)機器人和綠色制造，分析介紹其最新的研究成果與應用實例。

　　柔性制造

　　有關柔性制造的定義一直未形成統(tǒng)一的認識。不過無論如何，其主要特征是依靠有高度柔性的以計算機數控機床為主的制造設備，來實現多品種、小批量的生產。其總趨勢是：生產線越來越短，越來越簡潔，設備投資越來越少；中間庫存越來越少，場地利用率越來越高；生產周期越來越短，交貨速度越來越快；各類損耗越來越少，效率越來越高。

　　實現柔性制造可以大大降低生產成本，強化企業(yè)的競爭力。為了在殘酷的競爭中生存和發(fā)展，企業(yè)就必須研究一些低成本并且能夠快速反應的制造方法，柔性制造就是這些方法的總稱。因此，與其說柔性制造是一種生產方式，不如說柔性制造是一種制造理念。

　　20世紀60年代末至70年代初，美國、日本、前蘇聯、德國等發(fā)達國家先后開展了柔性制造技術以及裝備的研制工作。1976年，日本法納科公司展出的柔性制造單元為發(fā)展柔性制造提供了設備基礎。1980年代，隨著柔性制造技術的成熟，柔性制造得到了迅速發(fā)展，并主要應用于飛機、汽車制造等。

　　以汽車制造業(yè)為例，依靠計算機、加工中心和數控機床組成的柔性自動加工系統(tǒng)，使從前的單一品種大批量的生產方式，轉向中小批量、多品種、適應市場要求的精益生產方式，使汽車生產企業(yè)的經濟效益和管理水平有了較大提高。

　　國外汽車工業(yè)中，主要汽車廠商如通用、福特、寶馬、奔馳等公司都采用了柔性制造系統(tǒng)。例如，日本汽車業(yè)在1970年代開始大力發(fā)展柔性制造，到1987年已經形成較大規(guī)模，擁有數控機床2萬余臺，柔性制造生產線21條。柔性制造為日本汽車工業(yè)生產率追上并超過美國創(chuàng)造了條件。

　　中國國內汽車制造業(yè)也較早在一些工藝流程和產品制造中嘗試了柔性制造。如第一汽車集團在焊裝車間等使用多種機器人，在生產工序上機械手以及其他自動化設備不斷增多，一定程度上可實現多品種的混線生產；上海通用汽車公司的柔性化生產線涵蓋了各大總成及整車等制造環(huán)節(jié)，提高了產品換代速度。

　　隨著各類先進加工技術的相繼問世，柔性制造技術本身也在不斷完善和提高。如瑞士的一家公司采用由激光加工中心及CNC自動車床和自動磨床組成的柔性制造單元，該單元由于改用激光加工中心來代替原來的銑床，生產率提高了很多倍，而且產品精度高、質量好。各種相關技術的不斷進步，促使柔性制造規(guī)模不斷擴大，將給制造業(yè)帶來深刻的影響。

　　但需要指出的是，近30年的實踐證明，盡管柔性制造生產模式大大推動了制造業(yè)的發(fā)展，但由于受到各方因素的制約，它的實際效果距人們的期望值還相差甚遠。

　　虛擬制造

　　虛擬制造又稱擬實制造，是1980年代后期美國首先提出來的一種新思想，它是利用信息技術、仿真技術、計算機技術等對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，使得產品一次性制造成功，以達到降低成本、縮短產品開發(fā)周期、增強企業(yè)競爭力的目的。

　　在虛擬制造中，產品從初始外形設計、生產過程的建模、模型裝配到檢驗，整個生產周期都是在計算機上進行模擬和仿真的，不需要實際生產出產品來檢驗模具設計的合理性，因而可以減少前期設計給后期加工制造帶來的麻煩，更可以避免模具報廢的情況出現，從而達到提高產品開發(fā)的一次成品率、縮短產品開發(fā)周期、降低企業(yè)制造成本的目的。

　　虛擬制造從提出到現在已歷經了20多年，技術上得到了很大發(fā)展，應用方面也得到了廣泛的擴展。許多學校、研究所、科研單位、大型企業(yè)等都在不斷研究和應用虛擬制造技術。近年來，虛擬現實技術已較多應用到汽車開發(fā)工作中，并初步形成一種集專業(yè)理論、工程設計、科學試驗等為一身的較為完整的應用體系。

　　例如，美國福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經應用了虛擬制造技術，大大縮短了產品的發(fā)布時間；日本幾家大型汽車公司如三菱、豐田、本田，都在應用虛擬制造方面取得了較大的成果；法國雷諾汽車公司應用的全息技術的虛擬現實系統(tǒng)，具有很好的可視化水平，把虛擬技術在汽車模具中的應用推向了一個新的臺階。此外，波音公司設計的777大型客機是世界上首架以三維無紙化方式設計出的飛機.它的設計成功已經成為虛擬制造從理論研究轉向實用化的一個里程碑。

　　與國外研究相比，中國在虛擬制造方面的研究多數還停留在系統(tǒng)框架和總體技術上，實質性的面向應用的關鍵技術還有待提高。一些高校聯合研究所和企業(yè)在虛擬制造理論方面進行了大量的研究，也開發(fā)出許多適合中國企業(yè)的技術。如同濟大學與香港理工大學聯合機械科學研究院研究的分散網絡化制造、異地設計與制造等技術已經取得了不少進展；武漢理工大學智能設計與制造研究所與上海振華港機股份有限公司合作，開發(fā)出“集裝箱裝卸橋計算機輔助設計和仿真系統(tǒng)”；清華大學在虛擬設計環(huán)境軟件、虛擬現實、虛擬機床、虛擬汽車訓練系統(tǒng)等方面的研究也取得很大的進展。但是，由于受到CAD/CAM/CAE/CAPP等基礎軟件、仿真軟件、建模技術的制約，中國虛擬制造技術的研究多為虛擬制造的一些單元技術，研究的內容基本上為虛擬產品的裝配、機床總體方案設計、虛擬測試以及虛擬企業(yè)等。

　　當前中國企業(yè)的虛擬制造主要是應用于生成可信度高的產品虛擬樣機，在產品設計階段能夠以較高的置信度預測所設計產品的最終性能和可制造性。在對產品性能具有高科技含量要求的行業(yè)中，如航空航天、軍事、精密機床、微電子等領域，隨著研究的不斷深入和相關技術的發(fā)展，虛擬制造必將得到日益廣泛的應用。

　　敏捷制造

　　1991年，美國里海大學的幾位教授在美國國會和國防部的支持下，會同美國眾多工業(yè)界的主要決策人在向美國國會提交的《美國21世紀制造戰(zhàn)略報告》中，第一次提出推行敏捷制造。這是一種面向21世紀的新型制造模式，是為了提高企業(yè)的競爭能力，在“競爭—合作/協(xié)同”機制作用下，實現對市場需求做出靈活快速反應。

　　企業(yè)要在激烈的市場競爭中求得生存和發(fā)展，必須具有敏捷性，即具有在瞬息萬變中把握各種機遇，并通過不斷技術創(chuàng)新、產品創(chuàng)新來領導市場潮流的能力。敏捷制造作為現代生產管理模式之一，是一種以柔性生產技術和動態(tài)組織為特點，以高素質與協(xié)同良好的工作人員為核心，采用企業(yè)間網絡技術，從而形成快速適應市場的社會化制造體系。與傳統(tǒng)的生產管理模式相比，它是高度柔性化、無庫存的生產組織方式，是以動態(tài)聯盟為基礎的生產組織模式，具有對市場需求反應敏捷、產品服務可以全程面向用戶、達到充分的資源共享、充分調動和發(fā)揮“人”的作用的優(yōu)勢。

　　敏捷制造的戰(zhàn)略著眼點是基于對產品和市場的綜合分析，快速響應市場和用戶的需求。因此，一方面要求企業(yè)在實施敏捷制造時必須不斷提高企業(yè)應變能力，實現技術、管理和人員的全面、協(xié)調地集成，使產品設計、開發(fā)、生產等各項工作并行地進行；另一方面，要求企業(yè)必須不斷提高新產品的研制開發(fā)能力，從而達到不斷改進老產品，迅速設計和制造出高質量的新產品，以滿足市場和用戶不斷提高的要求。

　　企業(yè)的敏捷制造實施方案主要包括市場分析與評估、敏捷化設計、敏捷化銷售與服務合作等功能。方案實施是復雜的過程，需要領導推動，統(tǒng)一協(xié)調，完成相應的轉變，選擇適當的技術支持；需要對實施方案進行空間上、時間上、邏輯上的細化；需要經過方案設計、方案實施、運行與評價、方案改進、再實施的循環(huán)提高過程，逐步實施，不斷改進。

　　1998年，時任長安汽車公司總裁尹家緒決定在長安實施“以實現敏捷管理為目標的信息化建設”，全面提升管理水平。長安汽車公司通過業(yè)務流程再造，計算機網絡化管理、柔性制造技術等先進的管理技術或方法，在公司的財務、計劃、生產、營銷、產品研發(fā)等方面實現了以信息集成為核心的敏捷管理，從而提高了企業(yè)的競爭能力。

　　此外，寶鋼集團研發(fā)的“客戶驅動的寶鋼敏捷制造系統(tǒng)”，獲得了2004年度上海市科技進步一等獎。馬鋼、漣鋼、攀鋼等鋼鐵企業(yè)推廣應用這一技術成果后，不僅實現了網上訂貨作業(yè)，還利用電子商務平臺降低了上下游企業(yè)之間的過程管理成本，利用集成制造系統(tǒng)共享管理信息和設備數據提高了管理水平。該成果自推廣應用以來，共創(chuàng)造直接經濟效益約15億元。

　　雖然中國對敏捷制造研究的時間很短，完整的理論體系尚未形成，具體的實施方法、手段和途徑有待于進一步深入探索，但敏捷制造的基本思想和方法可以應用于絕大多數類型的企業(yè)，特別是制造加工企業(yè)，實現國內企業(yè)間的優(yōu)勢互補，強強聯合應該是完全可行的。